A7N01鋁合金復合加載下疲勞裂紋擴展行為及其數(shù)值模擬.pdf

1、疲勞斷裂是大多數(shù)構件失效的主要形式,現(xiàn)在對疲勞裂紋的研究大多集中在純Ⅰ型加載下。然而工程實際中構件的承載情況復雜,裂紋承受的載荷往往不是單一的Ⅰ型、Ⅱ型或者Ⅲ型載荷,而是幾種載荷的復合。在復合型載荷下,裂紋的擴展更加復雜。
　　對A7N01P-T4鋁合金及其焊接接頭進行Ⅰ-Ⅱ復合型加載試驗,獲得裂紋擴展路徑和擴展速率?；谟邢拊獢?shù)值模擬技術,以及Jiang-Sehitoglu循環(huán)塑性模型和Jiang多軸疲勞損傷模型,對裂紋尖端附近

2、進行損傷分析,成功預測Ⅰ-Ⅱ復合型加載下裂紋的擴展路徑和擴展速率。主要內容及成果如下:
　　對母材CTS試樣進行Ⅰ-Ⅱ復合型加載,并計算了裂紋擴展過程中KI和KII的變化。在Ⅰ-Ⅱ復合型加載下,裂紋的開裂角基本滿足最大周向應力準則,此后裂紋的擴展方向保持不變,始終處于Ⅰ-Ⅱ復合型載荷下。KI隨著裂紋長度增加逐漸增大,裂紋面的偏轉對KI的影響不大。IIK在Ⅰ-Ⅱ復合型加載初期最大,一旦裂紋面偏轉,KII迅速下降,此后一直遠小于KI。

3、使用Tanaka公式將應力強度因子當量化后,裂紋擴展速率仍然可以用Paris公式描述。
　　對焊接件CTS試樣進行Ⅰ-Ⅱ復合型加載,得到裂紋擴展速率和擴展路徑。焊縫與母材的界面能夠顯著影響裂紋的擴展路徑。裂紋在Ⅰ-Ⅱ復合型加載下擴展到界面處時,當加載角度較小時,裂紋傾向于沿界面開裂,當加載角度較大時,裂紋能夠穿過界面,擴展到母材上。當界面處存在嚴重缺陷時,界面的承載能力降低,即使在較大的加載角下裂紋也能夠沿界面擴展。焊接件的裂紋擴

4、展速率不再滿足Paris公式,特別是在穿過界面前后,裂紋擴展速率曲線的斜率明顯不同。
　　利用圓棒試樣拉壓變幅載荷測定了Jiang-Sehitoglu循環(huán)塑性模型和Jiang多軸疲勞損傷模型的材料常數(shù)。運用隱式應力積分法將Jiang-Sehitoglu循環(huán)塑性模型寫成Fortran程序,通過Hypela2.f子程序接口植入到通用有限元軟件MSC.MARC中,并在簡單邊界條件下對自編子程序進行了驗證,試驗結果與模擬結果基本一致。